固态 Transformers 可以支持AI勃发展的电力需求.

在一所大学实验室建造的一兆瓦固态变压器已经通过了第一个现实的公用事业测试,这是对现代化电网组件的一个小但具体的步骤,其基本设计在一个世纪中几乎没有改变.该设备于8月由新 York Power Authority 和 Electric Power Research Institute (EPRI) 在EPRI测试站点进行测试 ,运行效率大约为 98% .这很重要,因为传统变压机供应短缺,最大单元的等待时间长达五年.

背景:为什么变压器是电网的支柱

为了有效地移动电力,需要将电压上下调.电压越高和电流越低,沿线热量损失的功率就越小.太阳能发电厂的输出可以通过逆变器在约480伏时从直流 (DC) 转换为交流电 (AC),然后加快到 115,000 伏进行传输,然后再降至 120 伏和 240 伏.US 这一序列可能涉及太阳能的农场,变电站和社区中的多个变压器.

传统的变压器用铜线环绕一个以粒度为导向的电气钢核心.每个线圈上的环数设定了电压比:二级线圈上有更多的回路将电压升高,减少下降.入射电力在芯中形成磁场,从而诱发另一侧的电压 - 一种称为磁感应的过程.超出电压转换,变压机通常提供电.隔离,这意味着没有直接的电路通过它们运行,这限制了穿过电网的干扰并提高了安全性. Srdjan Lukic , North Carolina State University 的电气和计算机工程教授,描述变频器是电力传输和分配的支柱,而今天的版本很大,体积庞大的,难以更换且昂贵.

发展:固态变压器如何工作

固态变压器将功率电子半导体添加到常规蓝图中,用于转换和控制电力.它们不是在电网的频率上运行,而是控制电流的频度.通常,输入的交流电被转化为直流,然后使用由碳酸等半导体制造的开关转换成更高频量的交流电.磁性元件随后改变了电压.由于先进的半导體对频率和稳定性的控制非常大,因此根据Lukic 的说法,磁芯可能要小得多 - 一些设计的大小约是相同容量的十分之一.额外的功耗电子则会把高频交流电转换回所需形式,一般变成直流并最终变成低频交流.

固态变压器可以吸收整直器和逆变器的工作,从而缩小电气设备的总足迹并可能减少损失.在8月份的测试中,卢基奇实验室建造的原型 first以及该容量的变压机的首次此类测试只输入了大约 2% 的能量.相当于常规的变壓器和整定器在一起将有效率为 96% ,这意味着固态单元可以将传统设备的功耗损失减半.

该原型仍然是一个相对低电压系统,运行在约 15,000 伏.像大型数据中心这样的工业设施通常需要更高电压连接,传输线路通常以数十万伏运行.将技术调整到这些水平需要进一步的工程设计.该项目的一个目标是建立对组件的公用事业信心,Lukic说.至关重要如果它们要用于电网.短期内,固态变压器可以为数据中心内的服务器架提供电力.

最新:资金流向数据中心

卢基克说,目前开发这项技术的公司主要专注于数据中心,因为资金流动和电压要求低于长距离传输.在2月份,Heron Power筹集了$140百万美元用于商业化其固态变压器Heron Link.创始人CEO Drew Baglino表示该技术可以用于数据中心 ,太阳能阵列和网格电池.Heron位于加利福尼亚州 Scotts Valley 的总部将很快进行10兆瓦时的电池测试,并计划与附近的一座太阳能的农场开展试点项目.

赫伦还在加利福尼亚建造一家1600万的工厂,以制造先进的变压器.该设施应于17年开始生产,并在18年达到每年40千兆瓦的电力转换器的全产量.关于可靠性,巴格林诺指出一个模块化设计:许多小设备一起工作,所以如果其中一种故障,系统的其余部分将继续运行直到受影响的部件被更换,而不会关闭整个单元.这与常规变压机形成鲜明对比,通常在故障时完全离线,导致功率中断和固态电源电子总体上具有更多的故障模式.

需要注意的是:高压差距和供应链

投资正在增加,但速度还不够快. Wood Mackenzie 的供应链分析师Boucher表示,制造电网设备的公司已经投入了21亿美元用于高压传输中的电力变压器的 US 供给链,再加上22亿美元为配送变压机 - 为家庭和企业提供服务的较小设备.尽管如此,大型常规转换器等待时间需要连接新发电厂,长距离传输和数据中心等高需求站点延伸至五年. Boucher称变压仪是公用事业单位,发电商甚至数据中心最大的瓶.之一,并指出由于该过程具有高度技术性并且要求专门设施,因此在几年前宣布开工时仍有数年.

固态变压器可以缓解一些压力,但电厂连接和输送线路所需的高压设备是圣杯,Lukic说.现有的固态技术还不能满足这些应用;行业将需要新的材料和设计来支持高压并安全地处理在一个紧.的装置中的电力.目前,该技术已经证明它可以在低压下工作,并且首先进入数据中心 - 而电网最大的转换器瓶仍然没有解决.正如Boucher所言:"如果没有变压机,你就不会真正拥有电网".